專利名稱：表面安裝天線以及包括表面安裝天線在內的攜帶式無線裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種表面安裝天線，所述天線巧妙地包含在一個攜帶式電話，一個攜帶式無線裝置或此類裝置中，并且小巧玲瓏到可以直接安裝在印刷線路板的表面。尤其特殊的是，本發明涉及一種由于改進了給電電極和輻射電極的電氣耦合而兩者之間耦合效率極高的表面安裝天線，以及一個采用這種天線的攜帶式無線裝置。
背景技術：
一種稱為倒F型天線的PIFA(倒F型平面天線)，和一種倒L型前置式容性給電天線經常被用于這種可使天線尺寸更小的表面安裝天線。該倒F型天線有如圖4所粗略描繪的下列結構。一個導電薄膜從絕緣基片21的一個主表面延伸到其側表面。一個輻射電極22的一端是開放的，而其靠近側表面的另外一端則連接到設置在絕緣基片后側的接地電極23。一個給電引腳24通過一個通孔，穿過絕緣基片21和接地電極23與一個位于連接到接地電極23的接線柱附近的給電部分22a相連。
如圖5所示，倒L型天線被設置在絕緣基片21的表面上，使得輻射電極22面對著給電電極24，并且與其容性耦合。接地電極23被設置在絕緣基片21的背面。在倒L型天線的結構中，輻射電極22的一端是開放的，并且與給電電極24容性耦合，而它的另一端則連接到接地電極23。
在這些天線的每一個天線中，輻射電極的一端是開放的，而另一端接地，并且具有一個大約是λ/4的電氣長度(λ＝工作頻率的波長)。輻射電極在諧振模式下被激勵。該天線的工作頻率(諧振頻率)主要由輻射電極的電氣長度來確定。有利的是，可以通過獨立地調節輻射電極的長度來調節工作頻率。另外的一個優點是，在兩種類型的天線中，給電到輻射電極所需的阻抗匹配與工作頻率無關。
在倒F型天線中，輻射電極的一端是開放的，而另一端(零電壓)接地，同時，輻射電極與給電引腳在給電引腳的阻抗與位于接地端子附近的輻射電極的阻抗正好相同的某一點相連。因此，作為輻射電極的工作頻率調整的結果，給電引腳所連接的給電點的阻抗變得與原來的給電引腳的阻抗不同了，就需要移動連接點來調整給電線上的連接位置。因此，它的連續調節就會給工作人員造成困難。
同樣在前置式倒L型容性給電天線中，一個耦合間隙被設置在輻射電極的開放端和給電電極之間。兩個電極通過間隙相互進行容性耦合。有利的是，在倒L型天線中是通過調整間隙的尺寸來進行阻抗匹配的，與工作頻率的調整無關。但是，不利的是，在倒L型天線中，當輻射單元的開放端被移動以便于改變輻射電極的工作頻率時，間隙的尺寸也因此而改變。因此，就不可能完全獨立于工作頻率的調整而進行阻抗匹配。
在理論上，電容的耦合量取決介電常數和介電效應。因此，由介電損耗而產生的耦合損耗是不可避免的。這就導致了天線的損耗。更進一步的是，電容耦合部分在理論上是被設置在電場的最大的一點。相應地，分布在電容耦合部分周圍的電場與分布在電容耦合部分周圍的絕緣物質相互作用，而這就導致電容的耦合量會有所變化。結果，與之相適應的匹配特性也就有所變化。
更進一步的是，給電電極在其尖端(最前部)是開放的。它在從低于工作頻段的頻率到直流的一個寬頻帶上呈現了高阻抗。因此，天線就對進來的噪音和靜電非常敏感，并且容易影響裝有天線的裝置的負荷。
此外，理論上，耦合電容對耦合間隙尺寸是很敏感的。因此，匹配特性對間隙尺寸的改變是很敏感的，并且產品的匹配特性在它們的生產過程中是容易變化的。
發明內容
本發明的一個目的就是提供一種小型的表面安裝天線，其中，諧振頻率調節和匹配特性調節是獨立實施的，就像在倒F型天線或電容耦合型天線一樣，而同時卻能夠克服電容耦合型天線的缺點。本發明的另一個目的是提供一種包括這種表面安裝天線在內的攜帶式無線裝置。
為了達到上述的目的，根據本發明，提供了一種天線，包括一個絕緣主體；一個設置在絕緣主體第一表面的接地電極；一個第一端開放，第二端連接到接地電極的輻射電極；一個設置在第一表面的給電端子；以及一個第一端連接到給電端子，第二端連接到接地電極的給電電極，至少給電電極的第一部分沿著平行于輻射電極延長線的方向延伸，以便用感應耦合以一種不接觸的方式來激勵輻射電極。
在這種配制情況下，一個到給電端子的給電信號輸入導致流向接地電極的電流在接地點(給電電極的第二端)是最大電流。一個由電流引起的磁場在與給電電極平行的輻射電極部分中感應出電流。這時，輻射電極與給電電極進行磁耦合并被激發。該耦合可以簡單而獨立地調整而與工作頻率無關，因為給電電極設計成較寬的尺寸，給電電極到給電端子的耦合部分的寬度也就很好調整了。
最好是，給電電極的第一部分的電氣長度基本上等于在天線工作頻率下的波長的四分之一。
在這種配制情況下，就可以獲得更為充分的感應耦合。
最好是，給電電極的一部分延伸到輻射電極的第一端附近以便在它們中間建立一個電容耦合。
在這種配制情況下，給電電極和輻射電極進行電容耦合和磁耦合，這樣，就可以形成一個令人滿意的穩定的耦合。
根據本發明，也提供了一種包括一個設置有無線通信線路，和安裝了上述天線的線路板的攜帶式無線裝置。
根據本發明，由于有效利用給電電極和輻射電極的感應耦合，比起倒F型天線和前置式電容給電倒L型天線來，工作頻率調整和匹配調整可以更為容易地獨立進行。更進一步的是，本發明成功地克服了容性耦合的缺點，提供了一種小型的具有卓越性能和良好穩定性的表面安裝天線。因此，天線可以簡便地安裝到需要減小尺寸，例如攜帶式電話，的攜帶式無線裝置上。在這種情況下，它能起到高性能天線的作用。
本發明的上述目的和優點可以通過參考如下的附圖對優選的實施例進行詳細的描述而使其更加一目了然，其中，圖1A是根據本發明的第一實施例的表面安裝天線的頂部透視圖；圖1B是圖1A的表面安裝天線的底部透視圖；圖2是根據本發明的第二實施例的表面安裝天線的透視圖；圖3是根據本發明的第三實施例的表面安裝天線的透視圖；圖4A是相關方法的倒L型天線的透視圖；圖4B是相關方法的倒L型天線的側視圖；和圖5是相關方法的倒F型天線的透視圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖詳細介紹本發明的優選實施例。圖1A和圖1B透視地顯示根據本發明的第一實施例的表面安裝天線結構的頂部和后部。一個接地電極4大部分設置在由絕緣材料構成的絕緣基片1的至少一個表面上。一個一端開放，另一端連接到接地電極4的輻射電極2被設置在絕緣基片1中或在絕緣主體的一個表面上。一個給電端子3a在一種與接地電極4相分離的狀態下被設置在絕緣主體的表面。一個用于電氣連接輻射電極2與給電端子3a的給電電極3被設置在絕緣基片1中和/或其表面。
給電電極3的一端連接到給電端子3a，另一端連接到接地電極4。該給電電極3被配置成至少它的一個部分沿著平行于輻射電極2的延長線的方向延伸。該平行部分與輻射電極2進行感應耦合以便以一種不接觸的方式激勵輻射電極2。
最好使用具有盡可能大的介電常數的材料來做絕緣基片1，因為使用這種材料時，輻射電極2尺寸可以減小。最好使用陶瓷材料，例如BaO-TiO2-SnO2或MgO-CaO-TiO2，因為可以達到相對介電常數30或更高的數值。絕緣基片1可以做成一個絕緣材料的單體，比如陶瓷。換一種方式，它也可以由例如陶瓷片這樣的合適的導電薄膜加以疊層和燒結來構成。另外一種可選擇的方式是，它也可以由涂有導電薄膜的環氧玻璃疊層而構成。在天線用于藍牙通信技術的情況下，當材料的相對介電常數為30時，絕緣主體的尺寸是12mm(長度)×4mm(寬度)×3mm(高度)。當材料的相對介電常數是8的時候，絕緣主體的尺寸可以在15mm×7mm×6mm到15mm×3mm×2mm之間的任意合適的值。長度(絕緣主體的垂直長度)是由所需的頻帶寬度來確定的。絕緣基片1一般采用矩形實心體或平板的形狀。
在本實施例中，其寬度W基本上等于絕緣基片1寬度的輻射電極2是形成在絕緣基片1的表面上的。絕緣基片1以較寬為好，因為輻射電極2的寬度W越寬，頻帶就越寬。接著將要參考圖2介紹的是，輻射電極的寬度可以選得比絕緣基片1的寬度更窄。一個由陶瓷片構成的疊層結構可以用做絕緣基片1。在這種情況下，輻射電極嵌入疊層結構中，而它并不暴露在絕緣主體的表面上。輻射電極2的一端是開放的，而其另一端在絕緣基片1的一側表面上延伸并且與設置在絕緣主體的后表面上的接地電極4相連。從輻射電極2的一端2a到另一端2b的長度(在延長方向測量L1+L2)被設置為所需頻段下λ/4的電氣長度。該電氣長度與絕緣基片1的相對介電常數εγ的平方根成反比例(正比于1/εγ1/2)。這個事實啟示我們如果絕緣基片1具有一個大的介電常數，它的物理長度就可以減小。
給電電極3把輻射電極2磁耦合到給電部分以獲得通信信號。在圖1中所示的實施例中，給電電極從設置在絕緣基片1的底部表面上的給電端子3a開始延伸，并且進一步在絕緣主體的一個側表面1a上延伸到其上設有輻射電極2的主體表面。在絕緣主體的與側表面1a相背的一個側表面1b上，給電電極有一個從輻射電極的延長方向看來與輻射電極2平行的平行部分3b。輻射電極的一個尖端延伸到絕緣基片1的底面并連接到接地電極4。平行部分3b把給電電極磁耦合到輻射電極2。平行部分從輻射電極2的開放端2a量起的長度為約λ/4(L3+L4)。有了這種長度，給電電極3就可以在足夠的耦合水平上與輻射電極2進行磁耦合，這樣就使得輻射電極2被激勵。如果需要，長度(L3+L4)可以比λ/4更短。
如圖1所示的實施例中，給電電極的平行部分3b是設置在絕緣主體1的不同于上面設有輻射電極2的表面的側表面1b上的。但是，本發明并不局限于這種配置。
例如，在圖2所示的本發明的第二實施例中，輻射電極2可能并不延伸過絕緣基片1的整個長度，并且給電電極3的一個部分可以平行于其上設有輻射電極2的表面上的輻射電極2。在此實施例中，平行于其上設有輻射電極2的表面上的輻射電極2而延伸的給電電極3的一個部分，和設在絕緣基片1的側表面的給電電極3的另一個部分起平行部分3b的作用，使得給電電極3和輻射電極2進行磁耦合。在側表面1b上的給電電極3的一個部分也可以設置在絕緣基片1的與設有輻射電極2的表面的同一個側表面上(圖2的右端面)。在圖2中，類似或等效的部分用在第一實施例中使用的類似參考數字來標識，因此，為了簡便起見，就不再對它進行更多描述了。
更進一步的是，如圖3所示的第3實施例，給電電極3只可以形成在絕緣基片1的一個側表面1b上。同樣在圖3中，類似或等效的部分用在第一實施例中使用的類似參考數字來標識，因此，為了簡便起見，就不再對它進行更多描述了。在一個沒有被顯示的實施例中，給電電極3可能被嵌入絕緣基片1中。在此種情況下，給電電極3的平行部分垂直地鄰接于形成在絕緣主體表面上的輻射電極2。
在圖1所示的實施例中，給電電極3被設置成面對著輻射電極2的開放端2a。當增大輻射電極2和給電電極3之間的距離以減少它們之間的電容耦合時，給電電極3與輻射電極2之間的主要耦合不僅依靠面對著輻射電極2的開放端2a的給電電極3的這個部分來建立。結果，它們之間的耦合更加穩定了。順便說說，給電電極3與輻射電極2的耦合的程度是獨立于給電電極3的工作頻率而調節的，因為流入給電電極3的電流密度和它們之間的磁耦合，可以通過調節給電電極3與輻射電極2之間的距離來得到控制。
接地電極4基本上占有了絕緣基片1的，背著其上設有輻射電極2的表面的，除了由給電端子3a所占據的表面部分以外的整個表面。用把諸如銀薄膜這樣的導電薄膜通過印刷或真空淀積和成型在絕緣基片1的預先設置的表面上成形的辦法很方便地把接地電極4，輻射電極2與給電電極3設置在絕緣基片1的表面。另一種可選擇的方式是，例如把導線或鋼片布置在絕緣基片1上。接著，把具有傳電薄膜的絕緣片按照一定的式樣層疊起來，就在絕緣基片1上形成輻射電極2，給電電極3和接地電極4或它們之中的任意一個電極。
根據如上所述的配置，來自給電端子3a的給電信號就以給電電極3電流的形式出現，并且電流在與接地電極4的連接點處達到最大值。一個由電流產生的磁場在輻射電極2的平行于給電電極3的部分(圖1中的區域A和B)中感應了一個電流l。于是，輻射電極2被激勵，而向空中發射信號。當接收到一個信號時，接收到的信號出現在給電端子。也即，輻射電極2磁耦合到給電電極3，并被激勵，這樣一個天線的工作過程就完成了。
本發明的表面安裝天線利用了導線的平行部分耦合產生的磁感應。因此，本發明的天線在理論上可以不受介質損耗所產生的耦合損耗和由鄰近絕緣材料所引起的耦合變動的影響。因為給電電極3的一端接地，低頻區域的阻抗被固定在一個較低的值。因此，天線性能穩定，并對靜電不敏感。磁感應耦合比電容耦合更少依賴于耦合的間隙尺寸。因此，相對于尺寸的變化，特性是穩定的，從而本發明的天線特別適合大批量生產。
更進一步的是，因為給電電極3被設置于輻射電極2的開放端2a的附近，在給電電極3和接地電極4的連接部分出現最大電流。相應地，增大輻射電極2的開放端2a與給電電極3之間的距離，給電電極3與輻射電極2主要通過磁感應耦合來實現電氣耦合。在避免由介質損耗導致的耦合損耗和由鄰近的絕緣材料引起的耦合變化的同時也可以獲得一定的容性耦合。它們之間的耦合是在一個寬闊的區域內分散地實現的。結果，就可以得到一個非常穩定的耦合，并且對耦合的控制是很簡單方便的。
一個包含了通信電路和其他元件的線路板被裝入攜帶式電話或攜帶式終端裝置。在這種情況下，本發明的天線可以直接安裝在線路板上。在這種情況下，安裝著天線的線路板部分的反面的接地導體被卸除，至少天線前面的一個部分機殼要形成空擋以便電磁波通過。具有了這種結構，最終的攜帶式無線裝置就具有良好的天線特性，尺寸小巧而性能卓越。
雖然已經參照具體優選實施例介紹了本發明，對于業內專業人士而言可以進行眾多的變動和改型還是不言而喻的。這種變動和改型很明顯是屬于定義在附加的權利要求中的精神，范圍和概念之內的。
權利要求
1.一個天線，其特征在于，包括一個絕緣主體；一個接地電極，設置在絕緣主體的第一表面；一個輻射電極，具有一個開放的第一端，和一個連接到接地電極的第二端；一個給電端子，設置在第一表面上；和一個給電電極，具有一個連接到給電端子的第一端和一個連接到接地電極的第二端，至少給電電極的第一部分在平行于輻射電極的延長線的方向上延伸，以便于以一種不接觸的方式用感應耦合來激勵輻射電極。
2.如權利要求1所述的天線，其特征在于，給電電極的一部分在輻射電極的第一端的附近延伸以便于在它們之間建立一個容性耦合。
3.如權利要求1所述的天線，其特征在于，給電電極的第一部分的電氣長度基本上等于天線工作頻率下的波長的四分之一。
4.一個攜帶式無線裝置，其特征在于，包括一個設置有一個無線通信線路，以及安裝有如權利要求1所述的天線的線路板。
全文摘要
一個天線，包括一個絕緣主體；一個接地電極，設置在絕緣主體的第一表面；一個輻射電極，具有一個開放的第一端，和一個連接到接地電極的第二端；一個給電端子，設置在第一表面上；和一個給電電極，具有一個連接到給電端子的第一端和一個連接到接地電極的第二端，至少給電電極的第一部分在平行于輻射電極的延長線的方向上延伸，以便于以一種不接觸的方式用感應耦合來激勵輻射電極。本發明有效利用給電電極和輻射電極的感應耦合，可以簡便地獨立進行工作頻率的調節和匹配，并且可以克服容性耦合的缺點，提供了一種小型的具有卓越性能和良好穩定性的表面安裝天線。
文檔編號H01Q1/24GK1486116SQ03178759
公開日2004年3月31日 申請日期2003年7月18日 優先權日2002年7月19日
發明者堀江涼, 豐田千造, 造 申請人:株式會社友華